李健,曲薩,張海娜,申輝林,胡晨彬,孫啟鵬

(1.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院,山東東營257000;2.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580)

0 引 言

目前,中國各大油田均開展了以水淹規(guī)律和剩余油為核心的水淹層評價研究[1-2],圍繞水驅(qū)巖電實驗研究分析水淹機理,從測井解釋原理出發(fā),形成了基于常規(guī)測井資料定性判別水淹級別和定量求取含水飽和度、產(chǎn)水率等參數(shù)的水淹層基本解釋方法,取得了一定的效果[3-4]。田中元等[5]研究了在砂礫巖儲層中,水驅(qū)過程中巖石電阻率與含水飽和度的關(guān)系隨注入水與原始地層水礦化度的差別呈現(xiàn)出“U”、“L”、“S”型的曲線特征。黃宏才等[6]提出采用電阻率下降識別法、壓力系數(shù)下降識別法、自然電位基線偏移法等識別水淹層。劉紅歧等[7]將遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于水淹層定性識別中,取得了較好的效果。申輝林等[8]采用校正后的自然電位曲線求取混合液電阻率,提高了水淹層評價中剩余油飽和度的計算精度。

埕島油田位于山東省東營市河口區(qū)北部、渤海灣南部的淺海海域,有利勘探面積650 km2,與樁西、埕東、五號樁油田相鄰。埕島油田22F井區(qū)的中區(qū)館上段下層系為該區(qū)塊主要含油層段之一,屬河流相沉積,主力油層分布在(I+II)～VI砂層組中。儲集層埋藏淺、壓實差、膠結(jié)疏松、儲油物性好、孔隙度大、滲透率高,為高孔隙度高滲透率疏松砂巖儲集層[9]。砂體粒度級別以中砂、細(xì)砂為主,粒度中值為0.15 mm,平均有效孔隙度為33.8%,最高為42.3%,平均空氣滲透率為2 529×10-3μm2,最高達(dá)14 481×10-3μm2。原始含油飽和度為60%～69%,泥質(zhì)含量為5.10%～6.35%。該油田歷經(jīng)20多年海水和污水混注開發(fā),產(chǎn)層的流體性質(zhì)、孔隙結(jié)構(gòu)、巖石物理化學(xué)特性以及油水分布規(guī)律等都發(fā)生了一定程度的變化[10-12],許多主力層已相繼進(jìn)入水淹階段。因此,開展鹽水水淹層測井解釋方法研究是埕島油田目前生產(chǎn)的迫切需求。

1 水淹層定性識別方法

1.1 自然電位基線偏移法

由于注水開發(fā)后儲層受內(nèi)部巖性、物性、非均質(zhì)性等因素的影響,大多數(shù)油層水淹后具有局部水淹或水淹不均勻的特點,水淹部位原始地層水與注入水的離子交換使地層水礦化度發(fā)生鹽化,導(dǎo)致水淹部位的自然電位曲線出現(xiàn)幅度變化與基線偏移現(xiàn)象。埕島油田22F井區(qū)的原始地層水水型為CaCl2,總礦化度為4 730 mg/L,密度為1.035 g/cm3,注入水礦化度為15 000～30 000 mg/L,注入水一部分為海水、一部分為回注的采出水,水淹類型復(fù)雜多變。隨著鹽水水淹程度的增強,原始地層水礦化度與混合液礦化度比值越大,水淹部位自然電位基線正向偏移越明顯。

埕北22FA-15井水淹部位自然電位曲線基線偏移響應(yīng)特征如圖1所示,該井的射孔層段深度為1 745.0～1 753.5 m和1 761.8～1 765.4 m,投產(chǎn)前3個月試油資料顯示,日產(chǎn)油28.5 t,日產(chǎn)水83.7 m3,日產(chǎn)液112.2 m3,綜合含水率為74.6%,屬于中水淹。已知1 740.0～1 758.0 m、1 759.0～1 774.0 m井段的泥巖處自然電位分別為59.41、71.37、74.92 mV,上下部泥巖段的自然電位曲線基線受注入海水影響正向偏移,說明這2個產(chǎn)層段底部發(fā)生了水淹。因此,可利用自然電位泥巖基線偏移的特征來判斷油層的鹽水水淹部位。

圖1 埕北22FA-15井水淹部位自然電位曲線基線偏移響應(yīng)特征圖*非法定計量單位,1 in=2.54 cm,下同

1.2 水淹層特征參數(shù)優(yōu)選

根據(jù)研究區(qū)實際生產(chǎn)需求,將水淹程度細(xì)分為5種,即未水淹(產(chǎn)水率Fw≤10%)、弱水淹(10%90%)。由于埕島油田22F井區(qū)發(fā)生鹽水水淹,儲層水淹后電阻率都明顯減小,儲層物性及孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。因此,分別利用與水淹層關(guān)系密切的自然伽馬GR、自然電位SP、聲波時差A(yù)C與深側(cè)向地層電阻率Rt測井曲線建立水淹層常規(guī)測井交會圖版(見圖2)。由圖2可見,水淹前后巖性和物性曲線無明顯變化,而電阻率測井值變化較顯著,油層電阻率明顯大于鹽水水淹層電阻率。

圖2 埕島22F井區(qū)水淹層常規(guī)測井交會圖版

依據(jù)圖2所示的水淹層定性識別圖版,得到適用于埕島油田22F井區(qū)的水淹級別劃分標(biāo)準(zhǔn),即油層(Rt>15.5 Ω·m)、弱水淹(10.0 Ω·m

綜上所述,由于多種水淹類型并存,導(dǎo)致測井曲線對水淹層響應(yīng)特征不明顯,常規(guī)測井交會圖法在水淹層級別劃分上有一定局限性,不同水淹級別間的界限難以準(zhǔn)確確定。因此,本文將研究區(qū)內(nèi)不同水淹級別測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行歸類整理,建立如圖3所示的水淹層測井曲線概率密度分布圖,其中參數(shù)曲線與橫軸某一區(qū)間圍成的面積大小,表示該參數(shù)在這一區(qū)間內(nèi)發(fā)生的概率。根據(jù)不同水淹級別下的概率密度分布圖來篩選測井曲線差異相對顯著的參數(shù),并將其作為后續(xù)重構(gòu)水淹層指示參數(shù)的輸入變量。

圖3 埕島油田22F井區(qū)不同水淹級別下測井曲線概率密度分布圖

由自然伽馬、自然電位、聲波時差、密度測井曲線概率密度分布圖可知,自然伽馬曲線值分布范圍集中在75～90 API,自然電位曲線值分布范圍集中在60～75 mV,聲波時差曲線值分布范圍集中在120～130 μs/m,密度測井曲線值分布范圍集中在2.1 g/cm3左右,這些巖性和物性曲線在橫坐標(biāo)分布范圍上具有嚴(yán)重的重疊性,對不同水淹級別的識別能力較弱。但深側(cè)向電阻率、沖洗帶電阻率的測井曲線概率密度分布圖中,在橫坐標(biāo)分布范圍上兩者的分布曲線會隨著水淹程度增強呈現(xiàn)出向左偏移的現(xiàn)象,區(qū)分效果明顯優(yōu)于上述巖性和物性曲線。這是因為高礦化度注入水與原始地層水逐漸混合,巖石孔隙中的總含鹽量增加,地層導(dǎo)電性增強所導(dǎo)致。綜上所述,在研究區(qū)對鹽水水淹層比較敏感的是深側(cè)向電阻率和沖洗帶電阻率測井曲線。

1.3 重構(gòu)水淹層指示參數(shù)法

基于上述分析的埕島油田水淹層測井曲線響應(yīng)特征,得知該區(qū)水淹層主要在自然電位基線偏移、深側(cè)向電阻率、沖洗帶電阻率曲線上有明顯的特征,可以在分析測井曲線形態(tài)變化的基礎(chǔ)上構(gòu)建水淹層指示參數(shù)WFW,定性識別鹽水水淹層,其計算公式為

(1)

式中,WFW為水淹層指示參數(shù);SP1、SP2分別為儲層頂部和底部泥巖段的自然電位測井曲線基線值,mV;SP為儲層段自然電位測井值,mV;SP3為儲層頂部和底部泥巖段的自然電位測井曲線基線均值,mV;Rsh、Rxo、Rt分別為儲層泥巖、沖洗帶、地層的電阻率,Ω·m。

計算的水淹層指示參數(shù)WFW的值就可以直觀地反映水淹程度。水淹層指示參數(shù)WFW值越大,反映儲層水淹越嚴(yán)重;否則水淹越弱,其值很小時就是未水淹層。將研究區(qū)內(nèi)不同井所計算的水淹層指示參數(shù)WFW值與實際生產(chǎn)測試結(jié)論進(jìn)行綜合分析,發(fā)現(xiàn)水淹層指示參數(shù)WFW與產(chǎn)水率劃分水淹級別標(biāo)準(zhǔn)有著較好的一致性,依此建立了基于水淹層指示參數(shù)WFW評價水淹層的標(biāo)準(zhǔn),如表1所示。

表1 利用水淹層指示參數(shù)評價水淹層的標(biāo)準(zhǔn)

用上述方法處理埕北22FA-9井,該井投產(chǎn)前3個月試油資料顯示日產(chǎn)油39.3 t,日產(chǎn)水8.2 m3,綜合含水率為17.2%,屬于弱水淹。由圖4可知,該井在試油層段1 624.8～1 640.0 m處WFW的均值為0.304,依據(jù)水淹層指示參數(shù)判別為弱水淹層,與生產(chǎn)測試結(jié)論一致。這說明重構(gòu)的水淹層指示參數(shù)能夠直觀有效地反映儲層水淹程度的強弱,是研究區(qū)塊定性識別水淹級別的有效方法。

圖4 埕北22FA-9井重構(gòu)水淹層指示參數(shù)成果圖*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

2 水淹層定量評價方法

2.1 變倍數(shù)物質(zhì)平衡法原理

油層在注水開發(fā)后,巖石孔隙中的總含鹽量會隨著注入水與原始地層水的逐漸混合而發(fā)生變化,從而影響地層電阻率和混合液電阻率的大小。在鹽水水淹層中,由于高礦化度注入水的驅(qū)替使得地層導(dǎo)電性增強,巖電曲線會呈現(xiàn)出單調(diào)遞減的“L”型特征,低電阻率油層常常被錯誤解釋為水淹層。針對這一問題,本文根據(jù)申輝林等[13]提出的變倍數(shù)物質(zhì)平衡法理論模擬地層水淹過程中地層電阻率及地層混合液電阻率的變化規(guī)律,為后續(xù)的水淹層剩余油評價提供技術(shù)支持。

注水驅(qū)替過程中巖石孔隙中的油會被逐漸驅(qū)出,注入水與地層水在充分混合后達(dá)到離子動態(tài)平衡。在驅(qū)替初期注入水只會驅(qū)替出儲層中的可動油,注水量等于產(chǎn)油量,總注入水量可表示為孔隙度與含水飽和度和束縛水飽和度之差的乘積φ(Sw-Swi),此時可以采用并聯(lián)導(dǎo)電模型計算混合液電阻率[見式(2)]。

(2)

式中,Sw為總含水飽和度,小數(shù);Swi為束縛水飽和度,小數(shù);Rwz為地層混合液電阻率,Ω·m;Rwi為原始地層水電阻率,Ω·m;Rwj為注入水電阻率,Ω·m。

在實際的生產(chǎn)開發(fā)過程中,油層在水淹初期只產(chǎn)油,當(dāng)油層水淹到一定程度時,油層就開始見水,并且產(chǎn)水率逐漸上升。假設(shè)不考慮流體和骨架的彈性變化影響,認(rèn)為地層產(chǎn)水主要是由注入水驅(qū)替導(dǎo)致的,此時,當(dāng)含水飽和度為Sw時,注入水的總量為kφ(Sw-Swi)。油層被水淹時,注入水倍數(shù)k大于等于1,此時可以將式(2)變形為

(3)

根據(jù)式(4)中產(chǎn)水率的定義,可以用產(chǎn)水率計算注入水倍數(shù)k,將其代入到式(3)中,即可得到地層混合液電阻率計算公式[見式(5)]。

(4)

(5)

式中,Fw為產(chǎn)水率,小數(shù);Qo、Qw分別為油、水產(chǎn)出量,小數(shù)。

因此,在地質(zhì)參數(shù)約束條件下,依據(jù)動靜態(tài)參數(shù)的測井解釋模型,采用數(shù)值解析法可求解地層混合液電阻率、含水飽和度、產(chǎn)水率等水淹層關(guān)鍵參數(shù)的最優(yōu)解。

2.2 采用變倍數(shù)物質(zhì)平衡法模擬水驅(qū)實驗數(shù)據(jù)的效果分析

采用變倍數(shù)物質(zhì)平衡法對埕島油田CB1FB-3井281號巖心的巖電實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值模擬,但由于研究區(qū)巖心過于疏松,為保證巖心實驗的質(zhì)量和完整性,只進(jìn)行了油驅(qū)水巖電實驗而未進(jìn)行水驅(qū)油實驗。

已知該巖心地層水礦化度Pwi為4 730 mg/L,為了驗證變倍數(shù)物質(zhì)平衡法的適用性,選擇注入水礦化度Pwj為4 730 mg/L,模擬油驅(qū)水的巖電實驗過程,并挑選了其他區(qū)塊的9-6號巖心鹽水驅(qū)油實驗數(shù)據(jù)來進(jìn)行驗證。不同巖心巖電實驗相關(guān)參數(shù)如表2所示,其中a、b為巖性系數(shù),常數(shù);m為孔隙膠結(jié)指數(shù),常數(shù);n為飽和度指數(shù),常數(shù);Sor為剩余油飽和度,小數(shù)。

表2 不同巖心巖電實驗相關(guān)參數(shù)表

從變倍數(shù)物質(zhì)平衡法模擬巖電實驗結(jié)果可知(見圖5),數(shù)值模擬計算的地層電阻率和混合液電阻率與油驅(qū)、水驅(qū)實驗測量得到的地層電阻率、混合液電阻率變化規(guī)律一致,且十分逼近,符合油藏水驅(qū)油的實時動態(tài)變化過程。變倍數(shù)物質(zhì)平衡法理論模型不受限于特定的巖心、地層水和注入水性質(zhì),也適用于各種不同水淹類型的巖電數(shù)值模擬,可以在地質(zhì)參數(shù)約束條件下達(dá)到對實際測井資料精細(xì)定量評價的目的。

圖5 變倍數(shù)物質(zhì)平衡法模擬巖電實驗數(shù)據(jù)成果圖

3 處理流程及實際應(yīng)用效果

根據(jù)埕島油田實際水淹狀況,結(jié)合地質(zhì)資料、測井資料以及生產(chǎn)動態(tài)資料等對研究區(qū)水淹前后測井曲線響應(yīng)特征進(jìn)行分析,提取鹽水水淹特征參數(shù),從而構(gòu)建水淹指示曲線定性識別水淹層。在水驅(qū)油實驗研究的基礎(chǔ)上,聯(lián)立動靜態(tài)參數(shù)測井解釋模型,應(yīng)用變倍數(shù)物質(zhì)平衡法計算水淹層關(guān)鍵參數(shù),最終結(jié)合定性和定量評價結(jié)果對水淹層進(jìn)行綜合評價,流程如圖6所示。

圖6 埕島油田水淹層測井綜合評價流程圖

埕北22FB-11井試油層段是1 500.0～1 536.0 m中的若干儲層段,該井投產(chǎn)前3個月試油資料顯示:日產(chǎn)油21.0 t,日產(chǎn)水67.8 m3,其綜合含水率為76.3%,屬于中水淹,測井綜合解釋成果如圖7所示。在測試深度1 500.0～1 513.0 m、1 516.5～1 523.5 m及1 529.5～1 535.5 m層段中,重構(gòu)的水淹層指示參數(shù)WFW值分別為0.640、0.414與0.445,利用變倍數(shù)物質(zhì)平衡法所計算的產(chǎn)水率Fw值分別為76.16%、52.11%與63.78%,根據(jù)上述定性和定量判別標(biāo)準(zhǔn)測井解釋為中水淹層,與生產(chǎn)測試結(jié)論一致。重構(gòu)的水淹層指示參數(shù)WFW與產(chǎn)水率Fw、含水飽和度Sw等參數(shù)反映出的水淹強弱趨勢一致,這說明重構(gòu)的水淹層指示參數(shù)WFW定性識別結(jié)果與鹽水水淹層測井定量評價結(jié)論完全吻合,兩者構(gòu)建了研究區(qū)鹽水水淹層測井綜合評價的有效方法。

圖7 埕北22FB-11井鹽水水淹層測井綜合解釋成果圖

4 結(jié) 論

(1)埕島油田22F井區(qū)的中區(qū)館上段下層系水淹類型屬于鹽水水淹,地層電阻率隨含水飽和度的增大呈現(xiàn)單調(diào)遞減規(guī)律。所以,鹽水水淹層測井評價的關(guān)鍵是電阻率減小量與水淹程度的關(guān)系評價。

(2)在全面分析水淹層測井響應(yīng)特征基礎(chǔ)上,提出了重構(gòu)水淹層指示曲線識別鹽水水淹層的方法,可直觀有效地定性評價水淹狀況,為水淹層測井定性評價奠定了理論基礎(chǔ)。

(3)在地質(zhì)參數(shù)約束條件下,基于變倍數(shù)物質(zhì)平衡法求解地層混合液電阻率、含水飽和度、產(chǎn)水率等水淹層關(guān)鍵動態(tài)參數(shù),其計算結(jié)果和重構(gòu)水淹指示參數(shù)以及實際生產(chǎn)測試含水率的符合精度較高,可以為油田開發(fā)方案調(diào)整、控水穩(wěn)油提供可靠依據(jù)。